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Ingeniería Investigación y Tecnología. Vol. XIII, Núm. 1, 2012, 113-125 ISSN 2594-0732, FI-UNAM(artículo arbitrado)DOI: http://dx.doi.org/10.22201/fi.25940732e.2012.13n1.012

Definición del nivel de interferencias en la transmisión de señales digitales de radiodifusión en modo híbrido

Transmission Interferences Level Measurement for Digital Audiobroadcasting Signals Transmitted on Hybrid Mode

Información del artículo: recibido: julio de 2010, aceptado: septiembre de 2011

Moumtadi F. Departamento de Electrónica

Facultad de Ingeniería Universidad Nacional Autónoma de México

Correo: [email protected]

Delgado-Hernández J.C. Escuela de Ingeniería

Universidad Anáhuac del NorteCorreo: [email protected]

Rodríguez-Huerta J.Departamento de Telecomunicaciones

Facultad de IngenieríaUniversidad Nacional Autónoma de México

Correo: [email protected]

Descriptores

• señales digitales• DRM• IBOC• modo de transmisión

híbrido

Resumen

Una de las estrategias más importantes para impulsar la introducción de la radiodifusión digital en estaciones comerciales se basa en el uso de la actual infraestructura de transmisión analógica para enviar señales tanto analógi-cas como digitales a través de un mismo medio y rango de frecuencias, utili-zando un adecuado esquema de modulación. Este modo de transmisión, denominado “modo híbrido”, se basa en el uso de las frecuencias de guarda entre frecuencias activas de transmisión analógica para el envío de señales digitales. Sin embargo, cuando las estaciones transmisoras utilizan frecuen-cias adyacentes con guardas de protección mínimas entre ellas, la informa-ción digital puede estar sujeta a una fuerte interferencia. En este trabajo se analiza el comportamiento de los estándares AM In Band–On channel (AM IBOC) y Digital Radio Mondiale (DRM) transmitiendo en modo híbrido desde frecuencias adyacentes, se realiza una simulación para calcular el nivel de interferencia y se detallan las implicaciones del fenómeno y sus posibles so-luciones, tomando como ejemplo el caso de tres estaciones comerciales de la Ciudad de México.

http://dx.doi.org/10.22201/fi.25940732e.2012.13n1.012

mailto:[email protected]




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Introducción

Los estándares digitales de radiodifusión In Band-On Channel (IBOC) y Digital Radio Mondiale (DRM) sopor-tan la operación híbrida (transmisión analógica y digi-tal de manera simultánea) de señales de radio en amplitud modulada mediante el envío de las dos seña-les moduladas, utilizando la técnica de multiplexación por división de frecuencias ortogonales (OFDM) sobre el mismo circuito físico.

La frecuencia central de transmisión asignada a cada estación emisora de ondas analógicas en Ampli-tud Modulada (cuyo intervalo de frecuencias va de los 535 kHz a los 1605 kHz en México (NOM-01-SCT, 1993), está separada de sus frecuencias adyacentes por

medio de una banda de guarda mínima de 10 kHz. En la tabla 1 se ilustran el patrón de potencias (horarios diurno y nocturno), utilizado por algunas estaciones de radio.

De acuerdo con los datos mostrados en la tabla 1, la mayor parte de las frecuencias de transmisión están se-paradas de 30kHz a 40kHz, pero existen casos en que estas frecuencias están separadas por sólo 20kHz (tabla 2). Debido a que el modo de transmisión híbrido supo-ne el uso de las frecuencias asignadas a las guardas ana-lógicas para el envío de las señales digitales, esta si-tuación genera problemas de interferencia para algunas frecuencias de transmisión contiguas (la denominada interferencia en banda –Self-in-Band Interference, SII (Chun, 2005), problemas ignorados hasta hoy en las

Keywords

• digital signals• DRM• IBOC• hybrid mode of transmission

Abstract

One of the most important strategies developed to boost the commercial introduction of new digital radiobroadcast standards is based on the use of the present AM trans-mission infrastructure to send both analog and digital signals over the same medium and range of frequencies through a suitable scheme of modulation. This mode of transmission is denominated “hybrid mode”, and is based on the use of the keeper range of frequencies between carriers of analogical transmission to send the digital signals. However, radiobroadcast over adjacent frequencies with minimal guard in-tervals between them could generate interference on the digital information under certain circumstances. In this work the transmission of both In Band – On Channel (AM IBOC) and Digital Radio Mondiale (DRM) digital standards, broadcasting in hybrid mode from adjacent frequencies is analyzed through the use of models, and the implications of the phenomenon and its possible solutions are concluded, taking as example the case of three commercial stations nowadays operating in Mexico City.

Distintivo

Frecuencia portadora

[kHz]

Potencia de Transmisión

[kW]Distintivo

Frecuencia Portadora

[kHz]

Potencia de Transmisión

[kW]Día Noche Día Noche

XEDTL Comunicación 660 50 1 XECMQ El

Fonógrafo 1150 20 10

XEN La 69 690 50 5 XEFR Radio Felicidad 1180 10 5

XEMP Radio 710 710 10 1

XEEST Radio

Noticias 1440

1440 25 1

XEX Estadio “W” 730 100 100

XEAI Radio Fórmula

14701470 50 5

Tabla 1. Asignación espectral de algunas estaciones de AM en la ciudad de México (Infraestructura de estaciones de radio AM, 2008)

DOI: http://dx.doi.org/10.22201/fi.25940732e.2012.13n1.012


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Moumtadi F., Delgado-Hernández J.C. y Rodríguez-Huerta J.

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mediciones de campo llevadas a cabo, pues las pruebas se han realizado en estaciones “aisladas”, sin la com-probación de resultados cuando dos o más estaciones adyacentes con guardas mínimas transmiten al mismo tiempo en modo híbrido.

Es importante mencionar que mientras la interfe-rencia afecta a la señal analógica por los altos niveles de ruido debido al traslape de señales, la señal digital se ve afectada porque su potencia de transmisión es menor que la potencia de la señal analógica, lo que exige, en ambos casos, que la SII se elimine o reduzca antes del proceso de demodulación de la señal.

Tabla 2. Estaciones con guardas de 10 kHz entre ellas

Además, aunque la existencia de los problemas de in-terferencia es común en ambos estándares, el espacio espectral ocupado por sus señales digitales es diferente, lo que condiciona que las soluciones propuestas sean disímiles.

Para limitar los efectos de la interferencia han sido desarrolladas tres propuestas de reducción (y posible eliminación) de la SII: el “método de corte”, el “método complementario” y el “método de cancelación AM” (Chun, 2005).

Estos métodos se desarrollan brevemente al fi nal del parágrafo “Sistema DRM”.

Modulación OFDM

OFDM es un caso especial de la técnica de multiplexa-do denominada FDM (Frequency Division Multiplexing), y puede ser considerada técnica tanto de modulación como de canalización que permite transmitir multipor-tadoras en paralelo (Vázquez, 2009). La canalización en OFDM, se refi ere a señales independientes que son sub-conjuntos de una señal principal separada mediante una modulación apropiada.

Existen dos maneras de implementar las multipor-tadoras, equivalentes en sus propiedades de transmi-sión, pero conceptualmente diferentes, la primera utiliza el concepto de multiportadoras como un grupo de fi ltros adyacentes excitados por un fl ujo de datos en paralelo, lo que conduce a la transmisión paralela en frecuencia; la segunda se basa en el uso de un grupo de portadoras individuales (Schulze, 2005).

En el primer concepto se consideran slots tempora-les de longitud fi ja y una modulación en frecuencia para cada uno; en el segundo, la frecuencia de las subportadoras es fi ja y la modulación para cada subpor-tadora se realiza en tiempo para cada slot. Para la obten-ción de los resultados mostrados en el presente documento, se utilizó el segundo concepto.

De esa manera, un fl ujo de datos con alta tasa de transferencia en serie se divide en subportadoras con bajas tasas de transmisión, cada una de las cuales se modula de manera independiente, lo que equivale a di-vidir el fl ujo de datos en K subfl ujos paralelos, modula-dos en su propia subportadora a una frecuencia fk en un dominio complejo, que puede ser descrito por la onda armónica tfj ke π2 .

Utilizando los símbolos skl (donde k representa el número de subportadora y l el bloque de modulación) para la modulación compleja y g(t) para el pulso de transmisión de banda base, es posible ilustrar el proce-so OFDM como se muestra en la fi gura 1.

Mediante la selección de un grupo de frecuencias portadoras ortogonales se obtiene una elevada efi cien-cia espectral al eliminar la infl uencia entre subportado-ras, traslapando el espectro de cada una de ellas. Una de las consecuencias directas de este arreglo de datos es que el periodo de los símbolos de cada subportadora se vuelve más largo que el retardo presente en el tiempo de transmisión del canal, lo que permite reducir la pro-babilidad de error en la transmisión.

Figura 1. Diagrama de bloques del proceso OFDM (Schulze, 2005)

Una variación de OFDM consiste en la introducción de una codifi cación de canal a la multiplexación y se deno-mina COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing).

Esta técnica se caracteriza por:

• resistencia al efecto de multitrayectoria (multipath),• resistencia a pequeños cambios en la distorsión de

fase y atenuación de la señal,

Nombre de la estación

Identifi cador de estación

Frecuencia de transmisión (kHz)

XEN La 69 r1 690XEMP Radio 710 r2 710XEX Estadio “W” r3 730





• permiso de uso de redes de frecuencia única,• posibilitar la transmisión de señal a receptores

móviles.

La realización de COFDM consiste en paralelizar un fl ujo de bits para que, a su vez, sean estos bits los que modulen un conjunto de subportadoras dentro de un canal, conservando el principio de ortogonalidad entre ellas a fi n de garantizar la no interferencia. Esta condi-ción posibilita la transmisión sobre un mismo canal de la suma de las subportadoras como una sola señal (Váz-quez, 2009) y permite que el receptor descomponga la señal para extraer de ella cada una de las subportado-ras, y posteriormente, los bits transmitidos. Al extender los datos a transmitir sobre un gran número de sub-bandas de frecuencias relativamente cercanas, su re-construcción se garantiza a partir de la protección de los mismos antes de su transmisión.

Cabe señalar que tanto el espaciamiento entre por-tadoras como la tasa de bits de cada una de ellas deben satisfacer el principio matemático de ortogonalidad, que indica que cada una de las portadoras puede ser demodulada sin la interferencia de cualesquiera de las otras, a fi n de eliminar la existencia de ISI (Inter Symbol Interference).

Para ejemplifi car su efi ciencia, tomemos un caso particular, supongamos la existencia de un fl ujo de da-tos de 1Mbps, que se transmitirán utilizando 500 fl ujos paralelos, cada uno con una capacidad de 2kbps. Cada uno de estos fl ujos modularían 500 portadoras, espacia-das cada 2kHz, ocupando un ancho de banda total de 1MHz. Considerando COFDM para el mismo ejemplo, y utilizando una modulación 16-QAM (Quadrature Am-plitude Modulation) para cada portadora (que transmite 4 bits por símbolo), deben ser transmitidos únicamente 250 000 símbolos por segundo. Cada uno de los 500 fl u-jos paralelos tendría una capacidad de 500 bps, necesi-tando de 500Hz para preservar el principio de orto-gonalidad. Así, al ancho de banda requerido se reduce de 1Mhz a únicamente 2,5kHz, respetando la relación simple entre la tasa de bits, los bits por símbolo, la tasa de símbolos, el espaciamiento entre portadoras y el an-cho de banda requerido para el canal (Ahmad et al., 2002). Este arreglo permite transmitir audio con mayor fi delidad sobre bandas frecuenciales usadas actual-mente en la transmisión AM.

Sistema AM-IBOC

Desde comienzos de la década de 1990 se iniciaron los trabajos para el desarrollo de un estándar digital para las estaciones de AM y FM en Estados Unidos, que se

resumieron en la recomendación ITU-R BS.774, deno-minada estándar IBOC (Hoeg et al., 2003).

El estándar, desarrollado por la compañía Ibiquity Digital Corporation, fue aprobado como estándar digi-tal único para AM y FM por la Comisión Federal de Comunicaciones (2002) y adoptado como estándar NRSC-5 por el Comité Nacional de Sistemas de Radio de Estados Unidos (2005). IBOC soporta la transmisión de audio y datos relacionados con la identifi cación de la melodía o de la emisora, con boletines de tráfi co y de clima y otra información útil al escucha, sobre una se-ñal modulada por OFDM.

A fi n de realizar una transmisión híbrida, la señal digital deberá transmitirse en bandas laterales ubicadas a cada lado de la señal MF (de frecuencia media) analó-gica, ocupando un ancho de banda de aproximadamen-te 10 kHz, como se muestra en la fi gura 2. Como puede distinguirse, existen bandas laterales primarias, secun-darias y hasta terciarias (UIT-RBS 1114-6).

Figura 2. Espectro de la forma de onda híbrida, IBOC (UIT-RBS 1114-6)

La amplitud de las señales analógicas varía en depen-dencia de la frecuencia central que utilice, así como va-ría la amplitud de la parte digital de la señal híbrida, pues dentro de cada banda lateral (primaria, secunda-ria o terciaria) el nivel de cada subportadora se estable-ce con un valor constante, aunque no igual para todas las bandas, debido a que el nivel de potencia se estable-ce con relación directa al nivel de potencia de la señal MF. Así, las bandas superiores primaria y secundaria de la señal r1 (vea la tabla 2) interfi ere con las bandas inferiores secundaria y primaria de la señal r2, respecti-vamente (fi gura 3).

El escalamiento de las portadoras digitales, estable-cido en (NRSC-5), se muestra en la tabla 3 (parcialmen-te). En ella se defi ne que las bandas laterales primarias y secundarias se encuentran, respectivamente, a 30 dB y 40 dB por debajo de la potencia de la portadora.

Se hace evidente el problema de interferencia en el sistema AM-IBOC. Las portadoras digitales que no se transmiten en la primera banda adyacente para evitar

Banda digitallateral inferior

Banda digitallateral superior

Señal de audioanalógica

PrincipalSecundariaTerciariaPrincipal Secundaria Terciaria

Frecuencia (Hz)Indice desubportadora

- 14717

- 81

- 9629 - 4906 - 102 1020 4906 9629 14 717

- 53 - 27 - 1 0 1 27 53 81



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interferencias, sólo sirven para proteger una pequeñísi-ma parte de las bandas laterales primarias, que son las que forman el núcleo de la señal, pues las bandas se-cundarias y terciarias no juegan un rol decisivo en la transmisión.

Sistema DRM

El estándar DRM es un sistema de radiodifusión desa-rrollado por el consorcio DRM, que se distingue por su balance entre la calidad y la robustez de la señal en los puntos de recepción y por la ocupación de canales con anchos de banda mínimos de 4.5 kHz. Utiliza la técnica denominada COFDM, una modulación por amplitud cuadrática QAM16 y mecanismos de corrección de errores en avance con codifi cación de niveles múltiples (Moumtadi et al., 2009). Estos mecanismos de detección de errores se basan, a su vez, en un código convolucio-nal (Technical Bases for DMR Services Coverage Plan-ning, 2008).

El estándar DRM considera la variación que existe en la propagación de señales en las bandas de AM debi-das a defi ciencias de aterrizaje físico, al efecto Doppler y al ji er, entre otros factores. Para mejorar los niveles de recepción se diferencian cuatro modos de propaga-ción y, para cada uno de ellos, diferentes modulaciones y tasas de codifi cación. La elección de una combinación óptima de estos parámetros, combinada con las condi-ciones de propagación, puede asegurar que la recep-ción de la señal de audio se apegue a los requerimientos de cobertura y disponibilidad de la estación de radio transmisora.

DRM utiliza un esquema de subportadoras, cuyo número depende del ancho de banda ocupado y del modo de operación, separadas entre sí a la misma dis-tancia para transmitir los datos (DRM. Broad Casters User Manual, 2006). La fi gura 4 ilustra la situación en el dominio del tiempo y la frecuencia para un esquema con 5 subportadoras adyacentes.

fcentral kHz Pfcentral kW Pprimaria kW Psecundaria kW

690 50 0.05 0.005

710 10 0.01 0.001

730 100 0.1 0.01

Figura 3. Interferencia de señales digitales entre estaciones adyacentes

Tabla 3. Potencias de portadoras digitales en AM-IBOC modo híbrido

Figura 4. Diagrama de subportadoras DRM en el dominio del tiempo y la frecuencia (Hoeg et al., 2003)

Inte

rfer

enci

a

Inte

rfer

enci

a

Inte

rfer

enci

a

Inte

rfer

enci

a

P1 = 50kW

P3 = 100kW

P2 = 10kW

F = 690c1 F = 730c3

F = 710c2

f (kHz)

Frecuencia

Símbolos

Sub-portadoras

Intervalos de guarda

Tiem

po

1/tu=fu= Espaciamiento en frecuencia de subportadoras.

tn

tg

tu

1/tul

tu=duración útil de símbolotn=duración total de símbolotg=intervalo de guarda





Como puede observarse en la fi gura 4, el estándar DRM ocupa únicamente una de las frecuencias de guar-da (superior o inferior) de la señal MF para el envío de la señal digital, de manera que puede evitarse la inter-ferencia con los datos de las estaciones adyacentes me-diante una apropiada elección de frecuencias de transmisión (fi gura 5).

Figura 5. Configuración espectral del sistema DRM con canales de 10 kHz de capacidad

A partir de estas características de formación y transmi-sión de señal, se han propuesto tres mecanismos de eli-minación de IIS, denominados: “método de corte”, “método complementario” y “método de cancelación”, cuyo funcionamiento puede resumirse como sigue.

El denominado “método de corte”, se basa en un fi l-tro que “corta” los tonos con menor potencia de la señal analógica. Este mecanismo permite reducir la interfe-rencia de la señal analógica sobre la digital tanto como se desee: si la calidad del audio de la señal analógica

depende de la potencia de sus tonos, el problema se re-duce a una correcta elección del fi ltro (fi gura 6).

Por otro lado, el denominado “método complemen-tario”, consiste en el envío de la señal digital en cuadra-tura con la portadora analógica.

La portadora digital produce un vector que rota res-pecto a la portadora analógica, afectándola de manera directa. Para evitarlo, se coloca una portadora comple-mentaria en cuadratura respecto a la fase y la frecuen-cia, asegurando que las señales digitales no se proyecten sobre el eje real, evitando la diafonía de las señales digi-tales (fi gura 7).

El tercer mecanismo de eliminación de interferen-cias, denominado “método de cancelación”, se basa en el principio de que las señales de AM son componentes en-fase con una característica simétrica en frecuencia. Si la señal digital se agrega a una sola de las bandas late-rales de la señal analógica, su interferencia puede evi-tarse cancelando la señal desde la banda lateral libre de la señal AM.

Supongamos la existencia de una señal analógica “A” y de su valor simétrico “A*”. Entonces, si “D” repre-senta la señal digital que se agrega a una sola de las bandas de la señal analógica, es claro que la diferencia entre estas señales simétricas representa el valor de la señal digital (fi gura 8).

Figura 6. Concepto del “método de corte”

Figura 7. Diseño de señal complementaria Figura 8. Ejemplificación del “método de cancelación”

fc1fc2

DRM, fc1 DRM, fc210 kHz

D

A A*

( A + D ) - A* = D

fc

Señales simétricas



119



Una vez detalladas las características básicas de las señales IBOC y DRM y de sus mecanismos para evitar la interferencia, pasaremos al desarrollo de los mecanis-mos de simulación utilizados en el trabajo y su análisis.

Simulación de propagación de señales en AM IBOC

Para realizar una simulación del comportamiento de propagación de las señales para ambos estándares fue utilizada una computadora equipada con procesador PentiumR a 2.4 GHz, con 756 MB en memoria RAM y, de acuerdo a las recomendaciones de la UIT, a través del software denominado grwave, desarrollado por la UIT, cuyos principios de funcionamiento pueden en-contrarse de manera extendida en (UIT-R, P.368-8). Puede apuntarse, sin embargo, que este modelo consi-dera la existencia de una superfi cie terrestre homogé-nea limitada por la tropósfera con una variación exponencial de altura. GRWAVE utiliza tres diferentes métodos para evaluar la intensidad del campo: si las distancias son muy largas, se utiliza la denominada se-rie de residuos y para distancias muy cortas, se utiliza la forma ampliada de la teoría de Sommerfeld de la su-perfi cie plana. La óptica geométrica se usa para calcular la intensidad del campo en distancias no cubiertas por los dos métodos anteriores (Vargas, 1993).

Un análisis del código sugiere la existencia de cinco subrutinas:

• módulo de óptica geométrica (GWGO),• módulo de función de atenuación plana terrestre

que utiliza la ecuación de King con la corrección decurvatura de la tierra de Hill y Wait (GWFEC),

• módulo de las series de Hill y Wait para valoresmínimos de Q (GWSQ),

• módulo de series residuales (GWRSS),• módulo de integración numérica (GWINT).

Las gráfi cas de atenuación que se presentan más ade-lante se defi nieron de acuerdo con la relación

(1)

La cual defi ne que la intensidad de campo eléctrico (E) depende, en su mayor parte, de la raíz cuadrada del producto de la potencia radiada (Prad) por la difracción (D0) de la señal. Los gráfi cos obtenidos muestra un comportamiento linealmente decreciente en regiones cercanas a la antena y exponencialmente decreciente a

medida que la onda se aleja de la antena y la difracción asociada a la curvatura de la tierra se vuelve importante (fi guras 9 y 10).

Entre los parámetros de entrada más importantes a defi nir se encuentran la conductividad (σ, S/m), la per-mitividad relativa del suelo (εr), la altura de las antenas receptora (hr) y transmisora (ht), así como la frecuencia de operación. Para las gráfi cas obtenidas se tomó la fre-cuencia intermedia de cada banda lateral como la re-presentativa de toda esa banda y se utilizaron los valores de entrada mostrados en la tabla 4. En la colum-na 4, el valor λ representa la longitud de onda corres-pondiente a la frecuencia en que se efectúa la transmisión. Para la conversión de los valores arrojados por el programa grwave a una potencia de transmisión específi ca, se considera una directividad de 3.28 dB.

Tabla 4. Valores de entrada para las gráficas de simulación

Los valores de conductividad y permeabilidad relativa del suelo son los correspondientes a los de agua fresca, condicionados por la construcción de la Ciudad de México sobre un lago. Una mala elección de estos pará-metros generaría importantes errores en el cálculo de intensidad del campo de las señales, con respecto a los valores que se han obtenido en las pruebas de campo realizadas (ITU, 2005).

En la fi gura 9 se muestra la comparación de los va-lores de la atenuación del campo eléctrico para dos se-ñales adyacentes: la señal r1 (fc = 690kHz) con una antena de 217 metros de altura (con valores en sus ban-das digitales superior secundaria (Upper Secondary, US) de fUS=698 kHz y superior primaria (Upper Primary, UP) de fUP = 703 kHz y la señal r2 (fc = 710kHz) con una an-tena de 211 m de altura y valores de bandas laterales inferior secundaria (Lower Secondary, LS) de fLS = 703 kHz e inferior primaria (Lower Primary, LP) de fLP = 698 kHz. Puede observarse que la banda lateral secundaria superior de r1 interfi ere con la banda lateral primaria inferior de r2 únicamente a casi 1000 kilómetros de dis-tancia de la antena (aunque la intensidad del campo eléctrico ya es muy baja). Por otro lado, las señales de la banda lateral primaria superior de la señal r1 y la señal de la banda lateral inferior secundaria de r2 son casi indistinguibles a cualquier distancia y prácticamente idénticas a 100 kilómetros de la antena.

En la fi gura 10 se muestra la atenuación del campo eléctrico para la banda superior de la señal r2. Se puede observar que el comportamiento es muy parecido al de la fi gura 9, pues la frecuencia varía muy poco.

3][ 0DWkPEE rad

graf=

σ (S/m) εr hr (m) ht (m)50 80 2 λ / 2





Para la señal r3 se modeló una antena transmisora con una altura de 205 m. En la fi gura 9 se mostró la atenua-ción del campo eléctrico de las bandas inferiores, que genera interferencia con las bandas laterales superiores de la señal r2 (fi gura 10). Un primer análisis de la inter-ferencia entre estaciones en el sistema AM IBOC permi-te afi rmar, a partir de las gráfi cas (9 a 12), que si dos estaciones transmiten al mismo tiempo y desde fre-cuencias adyacentes con guardas mínimas de separa-ción, es imposible evitar la interferencia entre ellas.

Simulación de propagación de señales en DRM

Para llevar a cabo la simulación de señales en el estándar DRM se asignaron los mismos valores de entrada que en IBOC, a fi n de posibilitar la comparación de los resultados obtenidos, variando sólo los datos relativos a la potencia de transmisión, como característica propia del estándar.

La fi gura 11 muestra la atenuación sufrida por el campo eléctrico de la señal r1. Se tomó la frecuencia in-termedia (680 kHz) como representativa del bloque que comprende la parte de la señal digital de DRM.

En la fi gura 12 se reproducen los valores obtenidos de la atenuación que sufre el campo eléctrico de la señal r2 con respecto a la distancia recorrida.

Una tercera gráfi ca muestra los resultados obteni-dos para la parte digital de la señal r3 (fi gura 13).

Áreas de cobertura y análisis de resultados

A partir de las gráfi cas (11 a 13) puede realizarse un diagrama de cobertura de las estaciones y observar cómo podrían interferir una con otra, dependiendo de su ubicación geográfi ca.

Es posible formular a priori la hipótesis de que, en DRM, las estaciones pueden tener buena área de cober-tura sin que la interferencia de otras señales les afecte de manera sustancial, gracias a la capacidad de selecti-vidad que poseen los equipos receptores y el umbral de recepción especifi cado en (UIT-R, BS.703) para la banda de frecuencias 60 dB μV/m (o hasta 54 y 40 dB μV/m, según la misma referencia) para obtener una relación entre señal deseada y señal no deseada de 26 dB en los limites protegidos.

Sin embargo, la medición de esta relación, que es necesario regular en DRM, arroja resultados de hasta 15–20 dB menores a la relación de las señales analógi-cas, conservando niveles de calidad de audio más altas y con áreas de cobertura comparable (ITU, 2005).

En el estándar IBOC el comportamiento de la señal se complica, pues existe el traslape de las señales en el dominio de la frecuencia debido a que IBOC utiliza dos señales del espectro, aunque sean parte de la misma emisión.

Figura 9. Atenuación del campo eléctrico con respecto a la distancia para fc1 = 690 (superiores) y para fc2 = 710 (inferiores)

1 10 100 1000

703 k Hz698 k Hz

f = 690 kHzc

703 k Hz698 k Hz

f = 710 kHzc

1020

30

distancia ( log m)

Inte

nsid

ad d

el c

ampo

elé

ctri

co (

db u

V / m

)

Figura 10. Atenuación del campo eléctrico con respecto a la distancia para fc2 = 710 (superiores) y para fc3 = 730 (inferiores)

723 k Hz718 k Hz

f = 710 kHzc

101 100 1000distancia ( log km)

718 k Hz723 k Hz

f = 730 kHzc

Inte

nsid

ad d

el c

ampo

elé

ctric

o( d

B uV

/ m

)



121



La UIT ha determinado que si una señal analógica se reemplaza por una digital (DRM o AM IBOC), la poten-cia de transmisión promedio de la señal digital debe ser reducida entre 6 y 7 dB para proveer la misma protec-ción entre estaciones (UIT-R, BS 1514-1); dicho de otra manera, dada una transmisión digital con una potencia determinada, se causará entre 6 y 7 dB más interferen-

cia a la salida de un receptor digital, que a una señal AM con la misma potencia.

Para el cálculo de la interferencia de señales, se si-mula la transmisión desde tres estaciones de radio ac-tualmente en explotación en la Ciudad de México (fi gura 14), correspondientes a las referenciadas en la tabla 2. En la fi gura se marcan además las distancias

Figura 11. Atenuación del campo eléctrico de la parte digital de una señal DRM para fc1 = 690 kHz

fc=690 [kHz]

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

1 10 100 1000Distancia [km]

Inte

nsid

ad d

e C

ampo

(dB

uV/

m)

f=680 [kHz]

Figura 13. Atenuación del campo eléctrico de la señal DRM para fc3 = 730 kHz

fc=730 [kHz]

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180


Inte

nsid

ad d

e C

ampo

(dB

uV/

m)

f=740 [kHz]

Figura 12. Atenuación del campo eléctrico de la parte digital de una señal DRM, fc2 = 710 kHz

fc=710 [kHz]

0

10

20

30

40

50

60


Inte

nsid

ad d

e C

ampo

(dB

uV/

m)

f=700 [kHz]





entre ellas y las avenidas principales cercanas a las esta-ciones.

La distancia entre estaciones transmisoras se resu-me en la tabla 5.

Al calcular las distancias de cobertura de señal bajo el estándar AM IBOC para cada una de las tres estacio-nes en estudio, considerando un umbral de 60 dB μV/m para las estaciones con mayor potencia de transmisión, se obtienen los resultados mostrados en la tabla 6.

Se puede apreciar que el área de cobertura de las estacio-nes es mucho mayor que la distancia existente entre ellas, lo cual implica que existen áreas de cobertura común en las que puede presentarse interferencia en las señales.

El comportamiento de las señales r1 y r2 en las áreas de cobertura común tendrá un comportamiento como el que se ilustra en la fi gura 15.

En la fi gura 15 el punto de referencia es el de la esta-ción con menor potencia (r2), por lo que el pico de po-tencia máxima de la señal r1 aparece a una distancia de 11.5 km aproximadamente (tabla 4). La línea marcada con triángulos, denominada “diferencia” muestra la re-lación de potencias entre ambas señales, pudiéndose observar que el valor siempre es mayor a los 20 dB (μV/m) y siempre a favor de la señal r2. Por esta razón, cualquier receptor ubicado dentro del radio de cobertu-ra de r1 está sujeto a captar la señal de r2 también, y dado que la potencia de esta última es siempre mayor, la señal r1 será desechada, y el receptor seleccionará la señal de r2 como la adecuada para procesar. En térmi-nos estrictos, la señal digital de las bandas inferiores a la emisora r2 serán reconocidas por los receptores como ruido sujeto a fi ltrado.

El siguiente caso es muy parecido al anterior, en esta ocasión las bandas superiores digitales de la señal r2 interfi eren con las bandas digitales inferiores de la se-ñal r3, como se muestras en la fi gura 16.

Nuevamente, el punto de referencia distancia 0 se tomó como la ubicación de la estación transmisora r2, por eso el pico de máxima potencia de transmisión apa-rece en aproximadamente 9 km para r3. El radio de co-bertura máximo de r1 es de 39 km, que en este caso corresponden a las portadoras digitales de la banda su-perior. Sin embargo, estas señales interfi eren con las ban-

Estaciones de referencia Identifi cador de

estación Cobertura (km)

690 kHz r1 220710 kHz r2 39730 kHz r3 400

Tabla 6. Cobertura máxima aproximada del estándar AM IBOC

Pares de estaciones Distancia, kms

690 kHz a 710 kHz 11.49710 kHz a 730 kHz 8.23730 kHz a 690 kHz 12.08

Tabla 5. Distancia entre estaciones de transmisión

Figura 14. Ubicación de las estaciones de transmisión bajo estudio



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das laterales digitales inferiores de r3, que tienen una potencia de transmisión mucho mayor a la de las bandas laterales digitales superiores de r2. La diferencia entre las potencias de ambas bandas es más pronunciada que en el primer caso, pero el resultado es el mismo: un re-ceptor cualquiera ubicado el área de cobertura común desechará la señal r2, por considerarla ruido.

En cuanto al sistema DRM, la fl exibilidad del están-dar permite anular las interferencias entre las emisoras bajo estudio, debido a que el segmento espectral utili-zado para las componentes digitales de cada emisora es distinto (fi gura 5), aun en el caso de que las áreas de cobertura coincidieran.

Conclusiones

En este trabajo se expusieron los posibles problemas de interferencia que pueden surgir al adoptar algún siste-ma de radiodifusión sonora digital en la banda de on-das media en operación diurna.

Los resultados obtenidos del análisis de ocupación espectral, así como los resultados obtenidos de las si-mulaciones, muestran claramente las ventajas y des-ventajas de los estándares que operan en esta banda (DRM y AM IBOC).

Ambos sistemas ofrecen la ventaja de poder utilizar las bandas actualmente asignadas a la radio AM, evi-tando utilizar un nuevo intervalo espectral y realizar un cambio fundamental de la infraestructura física de las estaciones de radiodifusión. Además, la potencia nece-saria para la transmisión de las señales digitales es mu-cho menor que la que actualmente se requiere para señales analógicas, lo que repercute en el consumo de energía de las emisoras, hecho que aunado a la expan-sión de servicios ofrecidos en la misma transmisión y a la liberación de la banda de guarda de su función de simple espacio espectral entre señales útiles, abre la puerta a nuevos concesionarios para entrar al mercado de la radio digital, ofreciendo al usuario una mayor base de elección de servicios.

Figura 15. Cobertura de señales e interferencia entre ellas, estándar AM IBOC

Representativo de Cobertura

0

20

40

60

80

100

120

140

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39Distancia [km]

Ate

nuac

ión

[dB

]

fc=710[kHz]fc=690[kHz]Diferencia

Figura 16. Cobertura de señales e interferencia entre ellas, estándar AM IBOC

Representativo de Cobertura

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39Distancia [km]

Aten

uaci

ón [d

B]

fc=710[kHz]fc=730[kHz]Diferencia





Cabe hacer la aclaración, sin embargo, que esta ven-taja técnica se ve limitada por las condiciones jurídicas y comerciales de explotación de los estándares. En efec-to, el sistema IBOC no es un sistema abierto y cualquier emisora que desee utilizarlo debe pagar cierta tarifa por el uso de la tecnología además de la adquisición del equipo necesario. En contraste, DRM sólo requiere que los concesionarios compren el equipo para la genera-ción de la señal, sin cobro de tarifa alguna.

Entre las desventajas que se concluyen como resul-tado de la simulación se tiene que el estándar AM IBOC presenta requerimientos espectrales que imposibilitan la transmisión desde estaciones cuyas frecuencias cen-trales de operación están separadas por guardas míni-mas.

Durante el periodo de transmisiones en modo híbri-do, esto equivale a que una estación quede sin posibili-dades de transmitir efi cientemente señales digitales, esto es, servicios agregados, con la consecuente desven-taja comercial.

El estándar DRM, gracias a su fl exibilidad de ocupa-ción espectral, permite trabajar con anchos de banda muy reducidos. La gama de servicios agregados pro-porcionados durante el período de transición de seña-les es limitada, pero proporciona en cambio, una calidad de audio insuperable al evitar la interferencia de señales.

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Semblanza de los autores

Fatima Moumtadi. Obtuvo su maestría en sistemas de radiodifusión satelital y su docto-rado en televisión por la Facultad de Radiodifusión y Televisión de la Universidad Técnica de Comunicaciones e Informática de Moscú, Rusia (MTUCI). Se desarrolló profesionalmente en el área de radiofrecuencia. Ha publicado artículos en congre-sos y revistas nacionales e internacionales. Actualmente es profesora de carrera en el Departamento de Electrónica en la Facultad de Ingeniería de la Universidad Na-cional Autónoma de México.

Julio Carlos Delgado-Hernández. Culminó cursos de especialización en sistemas de con-mutación y de transmisión digital (1996) y de doctorado en ciencias técnicas (2002) en la Facultad de Sistemas de Electrocomunicación de la Universidad Técnica de Comunicaciones e Informática de Moscú, Rusia (MTUCI). Durante 4 años, hasta junio de 2009, se desempeñó como director de Networking de la empresa Interstice net-@ SA de CV, actividad que combinó con labores de docencia en la Universidad del Valle de México, en la Universidad Anáhuac del Norte y en la Escuela Militar de Ingenieros. Desde enero de 2010, funge como director general de la empresa TINNPRO S de RL de CV.

Javier Rodríguez-Huerta. Egresó de la carrera de ingeniero en telecomunicaciones del Departamento de Telecomunicaciones de la Facultad de Ingeniería de la Universi-dad Nacional Autónoma de México en 2009.



definición del nivel de interferencias en la transmisión de señales digitales de ... ·...

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